一种热态盘类构件低应力高能声束制造方法及装置专利检索-用热处理或变形以外的方法来改变物理性能专利检索查询-专利查询网

一种热态盘类构件低应力高能声束制造方法及装置
申请号	CN202110219277.3	申请日	2021-02-26	公开(公告)号	CN113025810B	公开(公告)日	2023-02-28
申请人	北京理工大学;			发明人	徐春广; 李文凯; 卢钰仁; 尹鹏; 张文君; 栗双怡; 叶恒;
摘要	本发明公开了一种热态盘类构件低应力高能声束制造方法及装置，包括用于支撑盘类构件的下调控盘、位于下调控盘上方的上调控盘、分体式的环状激励器安装结构；盘类构件依靠自重与下调控盘贴合，所述上调控盘通过升降机构带动其向下运动并嵌入盘类构件的内表面，环状激励器安装结构通过移动机构带动其朝向盘类构件移动，并使其合成圆环贴合在盘类构件的外侧；下调控盘、上调控盘、环状激励器安装结构上安装有朝向盘类构件的各表面的激励器，用于对盘类构件的表面的残余应力进行消减和均化。本发明的热态盘类构件低应力高能声束制造方法及装置解决了高于室温条件下的盘类构件的残余应力的消减和均化，以降低构件的残余应力和提高稳定性的问题。
权利要求	1.一种热态盘类构件低应力高能声束制造方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1、将高于室温的盘类构件放于下调控盘上，依靠盘类构件的自重使其外表面与下调控盘压紧贴合；步骤S2、通过升降机构带动上调控盘向下运动嵌入盘类构件的内表面，使所述上调控盘与盘类构件的内表面贴合压紧；步骤S3、通过移动机构将位于盘类构件外侧的分体设置的环状激励器安装结构朝向盘类构件移动，使其合成圆环贴合在盘类构件的外侧；步骤S4、开启下调控盘、上调控盘和环状激励器安装结构上的激励器，且控制使用的激励器的工作频率，并根据所调控的盘类构件的类型设定预计调控时间；激励器以可拆卸的方式连接在所述下调控盘、上调控盘和环状激励器安装结构上，所述激励器朝向盘类构件的各表面的方向设置；环状激励器安装结构的外圈呈环形楔块状，激励器以不同的角度安装在环状激励器安装结构上；步骤S5、到达预计调控时间，关闭所使用的激励器，然后控制升降机构和移动机构使所述上调控盘和环状激励器安装结构解除对盘类构件的贴合状态，将盘类构件从下调控盘上移出；热态盘类构件低应力高能声束制造装置包括用于支撑盘类构件的下调控盘、位于所述下调控盘上方的上调控盘、分体式的环状激励器安装结构；盘类构件依靠自重与所述下调控盘贴合，所述上调控盘通过升降机构带动其向下运动并嵌入盘类构件的内表面，所述环状激励器安装结构通过移动机构带动其朝向盘类构件移动，并使其合成圆环贴合在盘类构件的外侧；所述下调控盘、上调控盘、环状激励器安装结构上安装有朝向盘类构件的各表面的激励器，用于对盘类构件的表面的残余应力进行消减和均化；所述升降机构包括升降台、在所述升降台内部的竖直轨道内进行上下移动的滑块、与所述滑块螺纹连接的丝杠，所述升降台上安装有用于驱动所述丝杠转动的电机；所述滑块上固定有与所述上调控盘紧固连接的连接臂，所述上调控盘通过电机带动进行上下移动；所述移动机构的数量与所述环状激励器安装结构的数量一致，控制对应的环状激励器安装结构前后移动，使各个环状激励器安装结构与盘类构件进行耦合贴紧或者离开盘类构件。 2.如权利要求1所述的热态盘类构件低应力高能声束制造方法，其特征在于，所述激励器电连接有多通道信号功率放大器，用于保真放大发射信号及接收信号；该多通道信号功率放大器电连接有多通道激励控制模块，用以控制激励器输出发射信号及获取接收信号。
说明书全文	一种热态盘类构件低应力高能声束制造方法及装置技术领域 [0001] 本发明属于材料性能研究的技术领域，尤其涉及一种热态盘类构件低应力高能声束制造方法及装置。背景技术 [0002] 盘类构件在热态制造过程中会在其表面产生应力，在后期的使用过程中会因其表面的残余应力的释放而产生变形甚至开裂，从而影响其正常使用。所以在制造过程中对于盘类构件的应力控制是非常重要的。 [0003] 常见的残余应力的消减方法有自然时效方法、振动时效方法、热处理方法(热处理)等，其中，自然时效方法虽然简单但是耗时太长，效率较低；振动时效方法通过激振器使得构件产生共振以使构件内部的残余应力得以松弛和减轻，但是振动时效法对操作人员的技术水平要求较高，工艺参数设置复杂，如果激振点和参数设置不当，反而会因为异常共振模式致使构件形成周期疲劳甚至损坏，所以这种方式不适用于盘类构件制造的应力调控；热时效方法，即退火热处理法，在升温、保温和降温过程中如果工艺参数选择不当，往往达不到消减应力的效果，甚至反而会增加应力变形。 [0004] 除此以外，还有超声冲击处理，电击时效法、磁脉冲法等。但是根据美国宾夕法尼亚州利哈伊大学ATLSS工程研究中心的R.Sougata博士和W.John研究员对超声波冲击的研究，发现这种高频冲击在无法调控内部残余应力状态的同时也会对构件表面造成细微的裂纹损伤。根据浙江大学的何闻教授对电击时效法的研究，发现该方法适用于所有导电和绝缘材料，但是也可能会损伤金属表面，且不易调控。虽然清华大学的蔡志鹏研究院对磁脉冲法进行了改进，但是该方法不适用于不导磁的材料。 [0005] 再有，公开号为CN110860953A的专利公开了为一种高温合金盘类零件振动光饰加工方法，虽然对象为高温盘类零件，但是局限于合金盘类零件，且加工方法为激振源带动磨料对零件表面进行刻划、磨削改善工件表面的应力状态，无法推广到非金属盘类构件，且在进行应力调控的同时会使构件外表面产生改变。发明内容 [0006] 基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种热态盘类构件低应力高能声束制造方法及装置，以解决高于室温条件下的盘类构件的残余应力的消减和均化，以降低构件的残余应力和提高稳定性的问题。 [0007] 为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现： [0008] 本发明第一方面提供一种热态盘类构件低应力高能声束制造方法，包括以下步骤： [0009] 步骤S1、将高于室温的盘类构件放于下调控盘上，依靠盘类构件的自重使其外表面与下调控盘压紧贴合； [0010] 步骤S2、通过升降机构带动上调控盘向下运动嵌入盘类构件的内表面，使所述上调控盘与盘类构件的内表面贴合压紧； [0011] 步骤S3、通过移动机构将位于盘类构件外侧的分体设置的环状激励器安装结构朝向盘类构件移动，使其合成圆环贴合在盘类构件的外侧； [0012] 步骤S4、开启下调控盘、上调控盘和环状激励器安装结构上的激励器，且控制使用的激励器的工作频率，并根据所调控的盘类构件的类型设定预计调控时间； [0013] 步骤S5、到达预计调控时间，关闭所使用的激励器，然后控制升降机构和移动机构使所述上调控盘和环状激励器安装结构解除对盘类构件的贴合状态，将盘类构件从下调控盘上移出。 [0014] 可选的，所述激励器以可拆卸的方式连接在所述下调控盘、上调控盘和环状激励器安装结构上，所述激励器朝向盘类构件的各表面的方向设置。 [0015] 进一步的，所述激励器电连接有多通道信号功率放大器，用于保真放大发射信号及接收信号；该多通道信号功率放大器电连接有多通道激励控制模块，用以控制激励器输出发射信号及获取接收信号。 [0016] 本发明第二方面提供一种热态盘类构件低应力高能声束制造装置，包括用于支撑盘类构件的下调控盘、位于所述下调控盘上方的上调控盘、分体式的环状激励器安装结构；盘类构件依靠自重与所述下调控盘贴合，所述上调控盘通过升降机构带动其向下运动并嵌入盘类构件的内表面，所述环状激励器安装结构通过移动机构带动其朝向盘类构件移动，并使其合成圆环贴合在盘类构件的外侧；所述下调控盘、上调控盘、环状激励器安装结构上安装有朝向盘类构件的各表面的激励器，用于对盘类构件的表面的残余应力进行消减和均化。 [0017] 进一步的，所述升降机构包括升降台、在所述升降台内部的竖直轨道内进行上下移动的滑块、与所述滑块螺纹连接的丝杠，所述升降台上安装有用于驱动所述丝杠转动的电机；所述滑块上固定有与所述上调控盘紧固连接的连接臂，所述上调控盘通过电机带动进行上下移动。 [0018] 可选的，所述移动机构的数量与所述环状激励器安装结构的数量一致，控制对应的环状激励器安装结构前后移动，使各个环状激励器安装结构与盘类构件进行耦合贴紧或者离开盘类构件。 [0019] 可选的，所述激励器电连接有多通道信号功率放大器，用于保真放大发射信号及接收信号；该多通道信号功率放大器电连接有多通道激励控制模块，用以控制激励器输出发射信号及获取接收信号。 [0020] 进一步的，所述下调控盘通过螺纹连接与安装支架固定；所述升降台的底部固定在所述安装支架上。 [0021] 由上，本发明的热态盘类构件低应力高能声束制造方法及装置将温度高于室温的盘类构件放置于下调控盘上，并将上调控盘用电机带动下降与盘类构件的内表面进行耦合压紧，然后盘类构件外圈的分体式调控结构通过移动机构与盘类构件紧密贴合；开启声波激励器，通过控制激励器的工作频率，然后根据构件的结构特点设定预计调控的时间，到达预计调控时间后，关闭激励器，然后将上调控盘升起，将盘类构件取出，解决了盘类构件的残余应力的消减和均化的问题。 [0022] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明 [0023] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。 [0024] 图1为本发明的热态盘类构件低应力高能声束制造方法的流程图。 [0025] 图2为本发明的热态盘类构件低应力高能声束制造装置的结构示意图。 [0026] 其中，1、电机；2、升降台；3、激励器；4、丝杠；5、盘类构件的下调控盘；6、环形激励器安装结构；7、盘类构件；8、盘类构件的上调控盘；9、安装支架。具体实施方式 [0027] 下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。 [0028] 本发明提出一种热态盘类构件低应力高能声束制造方法及装置，如图1所示，本发明的热态盘类构件低应力高能声束制造方法，包括如下步骤： [0029] 步骤S1、将高于室温的盘类构件7放于下调控盘5上，依靠构件的自重使其外表面与下调控盘5压紧贴合。 [0030] 步骤S2、通过升降机构带动上调控盘8向下运动嵌入盘类构件7的内表面，使得上调控盘8与其内表面贴合压紧。 [0031] 步骤S3、通过移动机构将位于盘类构件7外侧的分体设置的环状激励器安装结构朝向盘类构件7移动，使其合成圆环贴合在盘类构件7的外侧。 [0032] 步骤S4、开启下调控盘5、上调控盘8和环状激励器安装结构6上的激励器3，且控制使用的激励器3的工作频率，并根据所调控的盘类构件的类型设定预计调控时间。 [0033] 步骤S5、到达预计调控时间，关闭所使用的激励器3，然后控制升降机构和移动机构使所述上调控盘8和环状激励器安装结构解除对盘类构件7的贴合状态，将盘类构件7从下调控盘5上移出。 [0034] 本发明的热态盘类构件低应力高能声束制造装置包括3个分体式的环状激励器安装结构6，每一个环状激励器安装结构6上安装有若干个激励器3，每个环状激励器安装结构6对应安装有一个移动机构，移动机构可选用丝杠4或气缸等机构，以控制环状激励器安装结构的前后运动。优选的，环状激励器安装结构6的外圈呈环形楔块状，可使激励器3以不同的角度安装在环状激励器安装结构6上，更有利于对盘类构件7的不同的侧表面进行残余应力调控。移动机构的数量与环状激励器安装结构6的数量保持一致，通过控制对应的环状激励器安装结构6前后移动，使各个环状激励器安装结构6与盘类构件7进行耦合贴紧或者离开盘类构件7。 [0035] 本发明还包括一个用于放置盘类构件7的下调控盘5，下调控盘5直接通过螺纹连接与安装支架9固定，在下调控盘5上装有多个激励器3。盘类构件7直接依靠自重与下调控盘5耦合贴紧，在下调控盘5的上侧设有上调控盘8，上调控盘8通过升降机构带动其上下移动，上调控盘8向下运动可嵌入盘类构件7的内表面。 [0036] 本发明的升降机构包括升降台2、在升降台2内部的竖直轨道内进行上下移动的滑块、与所述滑块螺纹连接的丝杠，所述升降台上安装有用于驱动所述丝杠转动的电机1，滑块通过连接臂和上调控盘8进行紧固连接，通过电机1带动丝杠旋转，并通过丝杠与滑块之间的螺纹连接带动滑块进行上下移动，进而控制上调控盘8的升降。 [0037] 本发明的移动机构也可以采用如升降机构的丝杠传动的方式对环状激励器安装结构6进行前后移动，移动机构的具体结构并不限于此，还可以采用气缸或液压缸，通过气缸或液压缸的伸缩杆对环状激励器安装结构6进行移动。 [0038] 激励器3为高能超声激励器，以可拆卸的方式(例如螺纹连接的形式、卡扣结构形式)安装在上述环状激励器安装结构6、下调控盘5和上调控盘8上，根据实际情况，更方便的确定超声换能器的数量和不同间距的控制。上下调控盘上的激励器3沿竖直方向平行设置，在盘类构件的平面部分为非平面的情况下，可改变上下调控盘的与盘类构件接触的部分的形状，从而不改变上下调控盘上的激励器的设置方向，也可以对盘类构件的非平面部分进行应力消减和均化，如此设置更方便。当然，也可以改变激励器3在上下调控盘上的设置角度，以对盘类构件的非平面部分进行处理。 [0039] 另外，本发明也可以只在上下调控盘上的一方设置激励器，对于较厚的盘类构件，翻转盘类构件再调控一次即可。虽然在上下调控盘上的双方都设置激励器，但以不相对的方式设置，这样能以更少的激励器实现更大范围的调控。环形激励器安装结构也可以设置成上下移动的，以针对盘类构件的不同高度处的残余应力进行消减处理。或者激励器可以在环形激励器安装结构6上设置上下几层结构，可根据具体情况选择不同层的激励器进行工作。 [0040] 下调控盘5通过螺纹连接的方式与安装支架9上的承重板固定连接，升降台2的底部固定在所述安装支架9的承重板上。 [0041] 本发明所提供的装置还包括与各激励器3电连接的多通道信号功率放大器，用于保真放大发射信号及接收信号，及与该多通道信号功率放大器电连接的多通道激励控制模块，用以控制激励器3输出发射信号及获取接收信号。 [0042] 本发明的盘类构件适用范围包括但不局限于齿轮毛坯、飞轮毛坯、火车车轮毛坯、装甲车轮负重轮、车辆驱动轮等金属构件，还包括陶瓷、环氧树脂、塑料等热态盘类构件等。 [0043] 以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

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